基于BIM的智能建筑建設(shè)研究

郭娟

【摘要】? ? 本文分析了BIM技術(shù)的特點(diǎn)，從智能建筑的實(shí)現(xiàn)機(jī)理著手，闡述了BIM技術(shù)對(duì)智能建筑設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維管理的重要作用及可行性，并結(jié)合Civil 3D、GIS、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)，對(duì)BIM融入智慧城市建設(shè)提出了思路和對(duì)策，對(duì)建筑信息技術(shù)的拓展應(yīng)用、智能建筑的發(fā)展具有參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】? ? BIM? ? 智能建筑? ? 智慧城市

引言：

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI等信息化技術(shù)的發(fā)展，智能化建筑、智慧化城市建設(shè)進(jìn)入全新階段，對(duì)建筑舒適、安全、能源等精細(xì)化管理的要求越來(lái)越高。BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）作為新型建筑綜合管理的數(shù)據(jù)載體，結(jié)合設(shè)施設(shè)備管理，可為建筑精細(xì)化管理帶來(lái)新的應(yīng)用方向，同時(shí)也提供技術(shù)與理念的支撐[1]。BIM與其他技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用也將是輔助建筑設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)的信息媒介，在智能建筑的全壽命周期中都將發(fā)揮重要作用。

一、智能建筑的實(shí)現(xiàn)機(jī)理

智能建筑是指利用系統(tǒng)集成方法，將計(jì)算機(jī)、通信、信息技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)有效整合，通過(guò)對(duì)設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控、對(duì)信息資源的管理和對(duì)使用者的信息服務(wù)及其與建筑的優(yōu)化組合，所實(shí)現(xiàn)的可提供安全性、舒適性和便利高效性服務(wù)功能的建筑。

智能建筑包含樓宇自控系統(tǒng)（BAS）、安全防范系統(tǒng)（SAS）、消防系統(tǒng)（FAS）、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（CAS）、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)（OAS）等感知系統(tǒng)層，由多種智能設(shè)備、智能系統(tǒng)、控制、執(zhí)行裝置及傳感設(shè)備組成。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)及內(nèi)部設(shè)施、環(huán)境和體驗(yàn)者的實(shí)時(shí)感知與智能控制，催生了多種基于協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)組件和接口技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的集成方法，但是由于各智能子系統(tǒng)的功能各異（如智能消防系統(tǒng)、智能空調(diào)系統(tǒng)等）以及同一家設(shè)備廠家不能提供所有的系統(tǒng)和設(shè)備的現(xiàn)實(shí)原因，導(dǎo)致將所有的監(jiān)控單元納入一個(gè)系統(tǒng)框架內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)。桑杭武研究了實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備數(shù)據(jù)共享和信息交換的集成方法，以協(xié)議為中心，通過(guò)LonWorks等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的集成，易受設(shè)備廠家出于專利或產(chǎn)品保護(hù)而故意將協(xié)議差異化，導(dǎo)致集成困難;以信息集成為核心，采用基于標(biāo)準(zhǔn)組件和接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成應(yīng)用較多，但難以實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)集成;并提出將信息集成建立在Intranet的基礎(chǔ)上，將各個(gè)系統(tǒng)建立成集散系統(tǒng)，然后子系統(tǒng)之間互聯(lián)，通過(guò)Web服務(wù)器和瀏覽器在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上信息交換、綜合共享，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的人機(jī)界面和跨平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)的新集成技術(shù)[2]。

系統(tǒng)集成技術(shù)為智能建筑的實(shí)現(xiàn)提供了基礎(chǔ)條件，在系統(tǒng)集成的技術(shù)前提下創(chuàng)建可視化運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)，如某酒店運(yùn)維管理軟件包括可視化及信息集成查詢、實(shí)施運(yùn)維管理、空間管理、安全管理、能源管理、信息管理幾大模塊，分別對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和信息共享。

二、BIM融入智能建筑設(shè)計(jì)

BIM（建筑信息模型）以三維模型為基礎(chǔ)，將建筑構(gòu)件、設(shè)備等數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存至建筑物，利用數(shù)值模型描述建筑功能和物理特性的一項(xiàng)技術(shù)，是設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等階段共享的信息平臺(tái)，模型可以不斷更新或修改并上傳至信息中心。BIM模型還可與時(shí)間維度結(jié)合形成4D模型，與造價(jià)維度結(jié)合形成5D模型，對(duì)項(xiàng)目建設(shè)全壽命周提供信息溝通與傳遞平臺(tái)。下面從三個(gè)方面闡述BIM融入智能建筑設(shè)計(jì)的必要性和可行性。

2.1設(shè)計(jì)方面

設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)智能建筑認(rèn)識(shí)不足，未能與各專業(yè)有效協(xié)調(diào)溝通，智能化系統(tǒng)設(shè)施的基本要求考慮不全面，導(dǎo)致設(shè)計(jì)圖紙出現(xiàn)錯(cuò)誤，最終造成返工。BIM技術(shù)強(qiáng)調(diào)了各專業(yè)在統(tǒng)一平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)、建模，可視化模型會(huì)強(qiáng)化設(shè)計(jì)師對(duì)建筑的理解，通過(guò)整合三維模型很容易發(fā)現(xiàn)專業(yè)不協(xié)調(diào)問(wèn)題并及時(shí)修改，保證設(shè)計(jì)圖紙合理，各專業(yè)構(gòu)件、設(shè)備不沖突，減少設(shè)計(jì)圖紙的錯(cuò)誤。

在BIM模型基礎(chǔ)上，還可結(jié)合其他能耗模擬軟件對(duì)建筑進(jìn)行能耗分析，這符合社會(huì)對(duì)建筑節(jié)能的關(guān)注。Carvalho José Pedro等驗(yàn)證了一個(gè)可靠的基于BIM的簡(jiǎn)化建筑能耗分析框架，可改善建筑能源性能，并能在保證建筑可持續(xù)性的前提下開發(fā)新的熱能項(xiàng)目，總結(jié)了將可持續(xù)性評(píng)估納入BIM環(huán)境的知識(shí)，為全面整合提供了新的思路[3]。

2.2施工方面

施工單位的技術(shù)力量以及對(duì)智能設(shè)備產(chǎn)品的熟悉度，也一定程度影響智能建筑的形成。如施工技術(shù)人員接線錯(cuò)誤引起設(shè)備損壞時(shí)有發(fā)生，BIM模型將是施工技術(shù)交底的重要媒介，設(shè)計(jì)師或廠家技術(shù)人員在可視化三維模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)交底，施工人員也可以通過(guò)移動(dòng)APP通過(guò)BIM平臺(tái)隨時(shí)查閱建筑信息并提問(wèn)，保證施工質(zhì)量符合要求。

以關(guān)聯(lián)了進(jìn)度計(jì)劃、成本數(shù)據(jù)的BIM 5D技術(shù)作為研究平臺(tái)，采用合理的施工技術(shù)和施工組織方法可對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量、進(jìn)度、成本、安全等方面進(jìn)行科學(xué)的動(dòng)態(tài)控制，并建立預(yù)警模型，及時(shí)分析偏差原因并采取相應(yīng)措施。

2.3運(yùn)維方面

BIM技術(shù)為建筑能源提供分析的保障，設(shè)施設(shè)備管理為建筑能源給予后期運(yùn)維的支持。由于智能系統(tǒng)涉及專業(yè)較多以及設(shè)備廠商“獨(dú)特”的協(xié)議，大量建成的智能化系統(tǒng)出現(xiàn)了“信息孤島”現(xiàn)象，即各智能子系統(tǒng)自成系統(tǒng)，難以達(dá)成協(xié)議統(tǒng)一的集成平臺(tái)。BIM信息平臺(tái)若能與運(yùn)維平臺(tái)結(jié)合，為各子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成創(chuàng)造了條件，將提高建筑智能化水平及建筑運(yùn)營(yíng)管理效率、降低運(yùn)維成本。另外，作為新型建筑綜合管理的數(shù)據(jù)載體，相關(guān)部門的多種應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，查找不夠直觀、數(shù)據(jù)分析困難，可根據(jù)運(yùn)維軟件接口條件對(duì)BIM模型進(jìn)行二次開發(fā)，為建筑信息模型與其他軟件的數(shù)據(jù)交互提供了條件，實(shí)現(xiàn)在BIM平臺(tái)上選擇構(gòu)件，則可打開相關(guān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析圖形。道吉草等將BIM模型導(dǎo)入火災(zāi)模擬軟件進(jìn)行了火災(zāi)模擬及疏散分析，并基于BIM典型軟件Autodesk Revit API進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了將模擬疏散結(jié)果信息以excel、圖形形式重載到BIM模型中，形成了完整的基于BIM的建筑火災(zāi)安全應(yīng)急分析路線，構(gòu)建了BIM環(huán)境下建筑火災(zāi)安全與人員疏散分析技術(shù)體系[4]。

因此，建立“系統(tǒng)集成+BIM可視化運(yùn)營(yíng)”平臺(tái)，遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系及安全運(yùn)維體系，以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)，集成各智能化系統(tǒng)，應(yīng)用智能分析模型，實(shí)現(xiàn)智能建筑創(chuàng)新運(yùn)營(yíng)管理模式是必要的，也是可行的[5]。

三、BIM+融入智慧城市建設(shè)

智能建筑時(shí)智慧城市的基本組成單元。智慧城市是使用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和空間地理信息、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息集成技術(shù)，促進(jìn)城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和服務(wù)智慧化的新思路和新模式[6]。

3.1 BIM+促進(jìn)城市規(guī)劃、建設(shè)

政府相關(guān)行政部門匯集城市各項(xiàng)目的BIM模型→建立標(biāo)準(zhǔn)模型檔案→形成模型檔案編譯資料庫(kù)→植入建筑設(shè)計(jì)法規(guī)、規(guī)范、可運(yùn)算規(guī)則→依據(jù)規(guī)范對(duì)建筑進(jìn)行分析演算的流程對(duì)城市建筑進(jìn)行智慧化管理，如選取模型檔案庫(kù)中的建筑模型，檢測(cè)其設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與法規(guī)、規(guī)范的要求是否一致，得出結(jié)果并將結(jié)果反饋至小區(qū)，做出合理的智慧管理的決策。如基于BIM結(jié)合Civil 3D、GIS技術(shù)來(lái)模擬由于城市化地表透水性能被改變后，城市在強(qiáng)降水或連續(xù)性降水情況下，判斷是否超過(guò)城市排水能力而產(chǎn)生城市內(nèi)澇現(xiàn)象;另外，還可利用BIM模型檔案庫(kù)形成的區(qū)域性城市模型，對(duì)由于城市建筑群密集變大，硬化地面比土壤、綠植吸熱快、熱容量小而形成的同一時(shí)間城區(qū)氣溫高于周圍郊區(qū)氣溫的熱島效應(yīng)。

3.2 BIM促進(jìn)城市智慧化管理

城市智慧化管理涉及合理性、安全性、穩(wěn)定性、可持續(xù)性等方面，本文主要以安全性功能中的城市消防智慧化為例來(lái)講述智能建筑服務(wù)功能融入智慧城市管理的對(duì)策。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)各城市相繼建立了城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，在火災(zāi)防控工作中發(fā)揮了積極作用，取得了初步成效。但從全國(guó)范圍看，城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用發(fā)展還不平衡，存在標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、功能不完善、信息不規(guī)范等問(wèn)題。

城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是結(jié)合當(dāng)代最先進(jìn)的火災(zāi)報(bào)警技術(shù)、信息通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和多媒體顯示技術(shù)、通過(guò)公用（單位）電話網(wǎng)絡(luò)、局域/廣域網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)等多種傳輸方式，實(shí)時(shí)采集監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的各類報(bào)警信號(hào)、故障信號(hào)、圖像信息，并及時(shí)可靠地將上述信息傳送到遠(yuǎn)程的報(bào)警檢測(cè)中心的設(shè)備。

該系統(tǒng)依托于公網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控中心與社會(huì)單位聯(lián)網(wǎng)，對(duì)聯(lián)網(wǎng)用戶的火災(zāi)報(bào)警信息、建筑消防設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)信息、消防安全管理信息進(jìn)行接收、處理和管理，為城市消防通信指揮中心或其他接處警中心發(fā)送經(jīng)確認(rèn)的火災(zāi)報(bào)警信息，為公安消防部門提供查詢，并為聯(lián)網(wǎng)用戶提供信息服務(wù)。

建筑信息模型可作為城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控消防安全狀況系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平臺(tái)中的社會(huì)單元載體，更清晰的將傳輸數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)在模型中，為滅火救援行動(dòng)提供信息支持，進(jìn)一步提高滅火救援隊(duì)伍的快速反應(yīng)能力，降低城市火災(zāi)危害。

四、結(jié)束語(yǔ)

智能建筑技術(shù)發(fā)展迅速，但智能建筑的范疇不僅僅指通過(guò)建筑設(shè)備實(shí)現(xiàn)的智能化，還將體現(xiàn)在智能化的建筑材料、智能化的建筑結(jié)構(gòu)以及生態(tài)建筑等方面，實(shí)現(xiàn)更科學(xué)、更廣泛的智能建筑，國(guó)內(nèi)相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議等的制定、國(guó)內(nèi)科學(xué)先進(jìn)的智能產(chǎn)品的研發(fā)等都亟待進(jìn)一步完善。

BIM、GIS、FM、IOT、MIS、Device等軟件技術(shù)為實(shí)現(xiàn)智能建筑提供了信息模型及技術(shù)分析條件，在集成技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)日益成熟的當(dāng)下，智能建筑乃至智慧城市建設(shè)與管理將進(jìn)入全新階段。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]張敏杰.基于BIM的建筑設(shè)施設(shè)備與能源精細(xì)化管理系統(tǒng)研究[J]，綠色建筑，2020，12（05），78-79.

[2]桑杭武.智能建筑樓宇自控系統(tǒng)集成技術(shù)研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2008.

[3]Carvalho José Pedro.BIM-Based Energy Analysis and Sustainability Assessment—Application to Portuguese Buildings[J].Buildings，Volume 11， Issue 6. 2021. PP 246-246.

[4]道吉草、史健勇.基于BIM的建筑火災(zāi)安全分析[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2017，36（03）.

[5]張昭振.基于BIM的智能建筑可視化運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)研究與應(yīng)用[J]，城市住宅，2020，27（07），39-43.

[6]姜利妍，張雷.試論物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧城市與智能建筑中的運(yùn)用[J]，城市建筑，2020，17（24），128-129.